Elemente componente ale unei ansamblări mecanice. organe de mașini

1.Structura mecanismelor

1.1.Elementul cinematic

Elementul cinematic este un corp material component al mecanismului care atunci când este mobil, are rolul de a permite transmiterea mişcării şi a forţei. In teoria mecanismelor noţiunile de element cinematic şi organ de maşină (ex. : pistonul, biela, manivela, cama, roata dinţată, cureaua etc.) sunt sinonime.

Elementele cinematice se clasifică după următoarele criterii:

a) După natura fizică:

- elemente rigide (fig.1.1a) – considerate nedeformabile, formate dintr-o singură piesă (organ de maşină) sau mai multe organe de maşină asamblate între ele astfel ca ansamblul obţinut să constituie un rigid (ex. biela unui motor reprezintă un singur element cinematic deşi este formată din mai multe piese componente);

- elemente flexibile (cabluri, curele, lanţuri), folosite pentru transmiterea la distanţă a mişcării şi implicit a puterii mecanice (fig.1.1b);

- elemente lichide (apa la pompe şi prese hidraulice, uleiul la prese de puteri mari) ;

- elemente gazoase (aerul comprimat utilizat la uneltele pneumatice) – fig.1.1c;

- elemente electrice (câmpul electromagnetic) – fig.1.1d.

b) După rangul lor:

Prin rang (notat cu j) se înţelege numărul legăturilor pe care un element cinematic le are cu elementele vecine.

- elemente simple (j≤2) din categoria cărora fac parte elementele monare (j=1) şi cele binare (j=2);

- elemente complexe (j>2) din categoria cărora fac parte elementele ternare (j=3) şi polinare (j>3).

c) După legea de mişcare:

- elemente conducătoare – elemente mobile cu legi de mişcare cunoscute;

- elemente conduse – elemente mobile a căror legi de mişcare depind de legea de mişcare a elementului conducător.

1.2. Cuplă cinematică

Cupla cinematică reprezintă legătura mobilă, directă dintre două elemente cinematice, realizată în scopul limitării libertăţilor de mişcare relative dintre acestea şi transmiterii mişcării de la un element la altul.

Legătura se poate realiza continuu sau periodic şi are loc pe o suprafaţă, linie sau punct.

1.1 Clasificarea cuplelor cinematice

a) Din punct de vedere structural cuplele cinematice se împart în cinci clase după numărul gradelor de libertate interzise de cuplă.

Gradul de libertate reprezintă numărul parametrilor scalari independenţi necesari pentru a determina, la un moment dat, poziţia unui corp în raport cu un sistem de referinţă.

Un corp liber în spaţiu are 6 grade de libertate ce corespund componentelor pe cele trei axe Ox, Oy, Oz ale vectorului translaţie v şi a vectorului de rotaţie instantanee ω ale mişcării sale. (fig.1.2)

Cele 6 libertăţi de mişcare pot fi limitate introducând anumite condiţii de legătură care pot suprima mişcarea într-o direcţie sau pot impune o relaţie între mărimile unor componente ale translaţiei şi rotaţiei instantanee.

Dacă se notează cu L numărul gradelor de libertate pe care cupla cinematică le permite elementelor ei (0 ≤ L ≤ 6) şi cu m numărul mişcărilor anulate de cuplă (1 ≤ m ≤ 5 ), rezultă relaţia:

L = 6 −m (1.1)

Clasa cuplei cinematice este dată de numărul mişcărilor anulate m.

Ţinând cont de aceste considerente se disting următoarele tipuri de cuple cinematice:

- cuple cinematice de clasa I (fig.1.3a) notate cu C1 şi care suprimă elementelor un grad de libertate (m=1);

- cuple cinematice de clasa II-a (fig.1.3b, c) notate cu C2 şi la care m=2;

- cuple cinematice de clasa III-a (fig.1.3d, e, f) notate cu C 3 si la care m=3;

- cuple cinematice de clasa IV-a (fig.1.3g, h) notate cu C 4 şi la care m=4;

- cuple cinematice de clasa V-a (de rotaţie fig.1.3i, de translaţie fig.1.3j şi cupla şurub-piuliţă fig.1.3k) notate cu C 5 şi la care m=5.

b) Din punct de vedere geometric (după natura contactului dintre elemente) se disting:

- cuple cinematice inferioare, la care contactul se realizează pe o suprafaţă (fig.1.3d, e, f, g, h, i, j, k);

- cuple cinematice superioare, la care contactul se face pe o linie (fig.1.3b, c) sau într-un punct (fig.1.3a).

c) Din punct de vedere cinematic cuplele cinematice se împart in:

- cuple cinematice plane care permit elementelor mişcări într-un singur plan sau în plane paralele (fig.1.3f, g, h, i, j);

- cuple cinematice spaţiale, care permit mişcarea în spaţiu a elementelor (fig.1.3a, b, c, d, e).

d) Din punct de vedere constructiv se disting:

- cuple cinematice închise, la care contactul dintre elemente se asigură printr-o ghidare permanentă (fig.1.3b, d, e, g, h, i, j, k).

- cuple cinematice deschise, la care contactul dintre elemente se asigură prin forţă (fig.1.3a, c, f).

Pentru stabilirea clasei unei cuple cinematice se procedează în felul următor:

- se fixează unul din elementele cuplei;

- se ataşează celuilalt element un sistem triortogonal de axe Oxyz şi i se studiază posibilităţile de mişcare.